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移动模架选型

 伏案理文章 2022-04-22

一 移动模架及移动模架施工简介

  移动模架是一种自带模板,利用承台或墩柱作为支承,逐跨原位浇筑混凝土梁的施工装备。移动模架施工工艺具有“高空自行,制安一体”的特点,对桥下交通影响小,适应复杂地形,特别适用于等跨等截面梁施工,与其它现浇法如钢管支架法和挂篮悬浇法相比,因为其高空灵活机动的优势和15天的施工周期,当施工长度大于800米时,移动模架施工综合经济效益更好。

       浇筑施工时,移动模架力的传递路径如下:

       工艺流程可简单划分如下: 

       无论是新制还是利旧,在致力于专用性的同时,还须兼顾通用性,移动模架选型工作实际上是移动模架初步设计的一部分。这部分的工作应该由桥梁工程师和移动模架工程师共同完成,并且这一阶段的工作以桥梁工程师为主导是合理的。移动模架除了满足桥梁结构的施工要求外,还应与现场条件高度契合,充分响应项目其它需求。这也是移动模架通用性不佳,利旧成本高的原因之一。

       移动模架的规格型号通常以跨度和载荷表示,如MSS40/2000,表示移动模架施工梁跨40米,最大结构载荷2000吨,MSS是移动模架的英文缩写。简支梁施工时,梁跨可等同于桥跨,连续梁首跨施工时,梁跨为1.2倍桥跨。

       显然,仅仅用这两组数字远远不能全面表达移动模架的性能特征和项目实际需求。

二    移动模架分类

       通常,梁桥施工中,移动模架的基本型式可根据移动模架过孔时,移动模架主梁与模板的相对位置简单分为上行式和下行式,主梁在下为下行式,主梁在上为上行式。下行式可分为牛腿非自行式和牛腿自行式。上行式有单主梁和双主梁之分。

一种牛腿非自行下行式移动模架

一种牛腿自行下行式移动模架

       移动模架导梁的作用包括导向、临时支承和配重。按导梁的布置方式分,有前端布置和前后对称布置之分。单侧布置用料最省,但过孔时,影响纵向稳定性,为保持稳定,须中途倒腿,操作连贯性稍差。双侧布置有利于移动模架原地掉头,当施工断点较多时,双侧布置有优势,毕竟一台普通的移动模架的造价在小千万级别。

  按移动模架沿纵桥向占位分:有一孔半、两孔、三孔之分。以两孔占位居多。

  不同型式的移动模架分别适应不同的工况,对应不同的支承方式和过孔方式。其经济性、操作性、施工周期、安全和质量控制措施亦有差别,尽管这些差别很有限,在满足结构施工的前提下,工程技术人员仍应结合现场条件、自身管理水平、操作水平、施工总体要求,反复比选、取舍,选择或开发一款最接近需求目标的移动模架,至少对可变项如面板的厚度,主梁的挠跨比应有充分的认识。

  二公局太岳高速施工开发了一款三孔移动模架(顺桥向占三孔桥位),采取主梁侧面倒腿的方式,节省整机悬挂以释放三角托架牛腿所占用的时间,脱模后即可直接开始过孔,无须等混凝土梁强度。付出的额外成本是增加一套三角托架牛腿以及一孔导梁。也间接说明该项目工期压力较大。

一种上行式移动模架

  在谈论选型之前,有必要先认识一下移动模架的构造。使用者须特别关注移动模架主梁的支点位置,支点力的大小和方向,包括浇筑施工和过孔作业时支点位置的变化,降低移动模架纵向移动产生的水平力对墩身的影响,全面认识移动模架,有利于提高选型工作质量,也有助于项目实施后的现场管理。

三 移动模架构造及适用性

       无论是上行式还是下行式移动模架,其主体构造包括模板及模板调节系统、支承系统、移动系统构成。

1、模板及模板调节系统

       与预制梁模板类似,移动模架模板分外模和内模,外模沿桥纵向分组。分组数量和长度根据变跨要求、梁型、线形、制造安装运输工艺确定。每组由底模、侧模和翼模组合构成,组组之间栓接,底模对称剖分,也有非对称剖分,过孔时,可横向开闭以避开墩身。周围布置有丝杆、千斤顶、油缸组成的三维调节系统,保证混凝土梁的线形。

下行式侧模调整

下行式底模调整

  底模通常中剖,也有非对称剖的情形,原因是单侧开模空间受限,另一侧开模空间富余。非对称剖分带来非对称开闭,墩身必然偏载。上行式不宜。

  天兴洲公铁两用桥(上下双层布置)宽墩施工时,上行式和传统的下行式无法布置,工程技术人员设计了“梁模一体”移动模架,主梁的腹板和顶板与侧模被设计为一体,巧妙解决这一难题。但梁模一体也牺牲了部分线形调整功能,适合线形变化不大的桥梁施工。

  下行式底模通常整体平开过孔,亦有底模依次开启,分段过孔的设计,过孔更安全。但其结构和操作复杂。上行式底模开闭方式有水平、旋转、折叠,水平开闭居多,具体采取何种方式,依据可用空间确定。

  内模分顶模和侧模,亦是纵向分组,横向分段的可拆卸结构。竖向可通过工字梁,锥形模具坐在底模上,侧向定位通过通风孔设置拉杆实现。浇筑前,通过丝杆或液压油缸顶撑成型,初张前收缩松劲,终张前脱模。移动模架过孔后,再拆递出模,散拼于下一跨工位。若条件允许,可采用液压内模,利用轨道车逐一驮运至工位,提高周转效率。末跨施工,注意预留出腔通道

  内模安装

2、支承系统和驱动系统

  无论是上行式还是下行式,主梁是最重要的承载构件,是设计、制造、安装、运行、拆除过程中重点管理对象。跨中载荷通过主梁传递至墩身或承台。脱模前,主梁载荷由4个主支顶分担,脱模后,支点转换。

牛腿自行下行式移动模架构造

  (1)牛腿自行式移动模架制梁时,施加在底模上的载荷通过小横梁传递至主梁,再由主梁通过小车到托架牛腿到墩身。过孔前,为释放牛腿,C型梁和后横梁悬提主梁,支点转移到已制梁上,过孔时,后部牛腿已经倒运至前墩,而后横梁不具备纵向行走功能,移动模架呈现“前承后悬”的状态,前支点在牛腿上步履滑移,后支点在已制梁顶轮轨随动。

  对于牛腿非自行的移动模架,过孔前,第三对牛腿已经另行安装至前墩上,无论是浇筑施工还是过孔作业,支点皆在牛腿上。

  显然,前一种移动模架过孔时对墩身施加的水平力小于后者,但前者操作略复杂,梁上悬提占用关键线路时间,后者因倒腿作业与移动模架本体分开,须另行配置起重设备和作业人员,倒腿作业受桥址附近地基等环境因素影响大。

  另外,下行式末跨施工时,前导梁可能因前方障碍无法过孔,为保证施工,须在跨中搭设临时墩。

  下行式移动模架的小车集成了横移油缸、纵移油缸、主支顶。横移油缸和纵移油缸皆为步履油缸,横移速度多为为0.2米/分钟,纵移速度多为0.2-0.5米/分钟,分别驱动主梁横向和纵向移动。与轮轨式走行方式相比,步履走行不连贯,对桥梁的水平力较大。故步履行走操作上要求起步应平顺,摩擦副不应出现卡滞现象,及时更换滑动件。主支顶带有机械锁,保证制梁时底模高程稳定,不下沉,上部为球铰支座,以适应桥梁坡度变化。

  下行式移动模架施工的净空要求:最小净空应满足牛腿小车的顺桥向通行,3米足够;最大净空与墩身能承受最大水平力有关,30米可作为一个参考,再高,人员、材料上下都不方便。

  当墩身高度合适,其它条件相当,地基条件好,宜采用牛腿非自行式,脱模后即可过跨,节省初张到终张以及扁担梁拆除工期,也符合目前现场的操作水平。

  目前移动模架市场,下行式移动模架数量多于上行式移动模架

 

一种单主梁上行式移动模架(对称式导梁连续梁施工) 

  (2)上行式移动模架浇筑施工时,外部载荷通过吊臂、吊杆传递至上部横梁,再由主梁通过支腿传递至已制梁体和墩顶。前支点位于墩顶,连续梁施工时,支腿穿过内模,埋入梁中,浇筑和过孔操作复杂,后支点坐于已制梁顶,可以位于悬臂段。不管支点在何处,都应通过检算。上行式移动模架首跨施工时需搭设临时墩,后支点位于临时墩上。

  因吊臂的特殊结构,上行式底模标高调整难以采取下行式的调整方式,需设置竖向吊杆,增加了施工难度。

  上行式过孔走行方式采取轮轨式行走,速度通常为0.5米/分钟 ,过孔行走时多用轮轨方式,产生的水平力小。如果施工要求移动模架在已制梁上长距离走行,上行式是不二选

上行式过孔的两种基本支承方式

  上行式移动模架过孔是通过支腿倒运,支点变换的方式完成。相对于浇筑工况,过孔工况安全风险更大,选型时应选择安全风险低的过孔方式。上图中,一孔半占位移动模架过孔过程中,需倒腿,过孔不连贯,操作复杂。两跨占位移动模架过孔过程连续,安全性好。

四 移动模架选型

1、移动模架选型时应考虑的因素

2、编制技术规格书

  移动模架技术规格书是选型工作成果的体现,是移动模架采购文件重要组成;工程技术人员须根据桥梁设计技术文件、施工组织设计、现场条件,结合市场调研编制;若施工条件复杂,可先启动移动模架方案设计招标,再根据招标结果编制技术规格书,为下一步的设计、制造招标提供依据

  技术规格书应全面体现施工技术要求,各项指标明确。描述应清晰,不生歧义,不排他

      选型基本思路:优先考虑下行式中牛腿非自行式,若有原地调头行走需求,采用导梁对称牛腿自行式,反向远距离走行采用导梁对称上行式;跨交通繁忙道路或峡谷宜采用上行式;底模开合方式根据周边环境决定;上行式过跨方式偏向两跨支点式;满足功能要求的条件下,运动机构愈少愈好。

3、技术规格书内容

  (1)移动模架用途及基本要求

  适应项目,使用地点,梁跨及梁跨重,基本结构型式,适应坡度及曲率,抗风能力

  (2)移动模架技术要求及主要规格参数

主要描述移动模架主要机构性能要求(如:运行速度),结构件的质量、数量、尺寸、涂装要求(如模板的质量要求,分段数量),支腿结构要求。并列表说明

  (3)设计和制造标准

  国内一般采用最新、最权威的设计规范。如国标XX、XX标准、XX设计规范等等;国外应符合相关文件要求

  (4)设计基础资料

  桥梁设计文件:包括桥梁类型、桥梁跨度、梁的截面形式、墩台结构及布置等内容。

  施工条件:工程场地、进场道路交通、水电、资源供应、桥址气候水文等情况。国外应描述当地进出口、劳动、安全、环保等要求

  (5)供货的主要要求、内容

系统性指标(互换性、标准化、系列化原则),设备品质保证、售后服务、验收标准及供货日期、备品备件要求等。

参考文献

  1. TZ323-2010《铁路移动模架制梁施工技术指南》

  2. 《移动模架施工作业指导书》中铁十三局集团有限公司

  3. 凫洲大桥移动模架逐孔现浇预应力混凝土连续箱梁施工工法介绍  

  4. 国内外 MSS 移动模架系统在苏通大桥的应用及比较   

  5. MSS62.5移动模架工法的适用性及经济性研究

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